Контрольная работа по дисциплине: «компьютерные сети и телекоммуникации»

Цифровые стандарты
GSM (от названия группы Groupe Spécial Mobile, позже переименован в Global System for Mobile Communications) (русск. СПС-900) — глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи, с разделением канала по принципу TDMA и высокой степенью безопасности благодаря шифрованию с открытым ключом. Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 80-х годов.
GSM относится к сетям второго поколения (2 Generation), хотя на 2006 год условно находится в фазе 2,5G (1G - аналоговая сотовая связь, 2G - цифровая сотовая связь, 3G - широкополосная цифровая сотовая связь, коммутируемая многоцелевыми компьютерными сетями, в том числе Интернет), и является самым распространённым стандартом сотовой связи в мире. Сотовые телефоны выпускаются для 4 диапазонов частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц.
GSM обеспечивает поддержку следующих услуг:

• 
  Услуги передачи данных (синхронный и асинхронный обмен данными, в том числе пакетная передача данных - GPRS). Данные услуги не гарантируют совместимость терминальных устройств и обеспечивают только передачу информации к ним и от них.
  
• 
  Передача речевой информации.
  
• 
  Передача коротких сообщений (SMS).
  
• 
  Передача факсимильных сообщений.
  

Дополнительные (необязательные к предоставлению) услуги:

• 
  Определение вызывающего номера и ограничение такого определения.
  
• 
  Безусловная и условная переадресация вызова на другой номер.
  
• 
  Ожидание вызова.
  
• 
  Конференцсвязь (одновременная речевая связь между тремя и более подвижными станциями).
  
• 
  Запрет на определенные пользователем услуги (международные звонки, роуминговые звонки и др.)
  

В стандарте GSM определены 4 диапазона работы:

• 
  900/1800 МГц используется в Европе, Азии
  
• 
  850/1900 МГц используется США, Канаде, отдельных странах Латинской Америки и Африки
  

Система GSM построена из трех основных подсистем:

• 
  подсистема базовых станций (BSS - Base Station Subsystem),
  
• 
  подсистема коммутации (SSS - Service Switching Subsystem),
  
• 
  центр технического обслуживания (OMC - Operation and Maintenance Centre).
  

В отдельный класс оборудования GSM выделены терминальные устройства - подвижные станции (MS - Mobile Station) aka мобильные (сотовые) телефоны.

Подсистема базовых станций

BSS состоит из собственно базовых станций (BTS - Base Transceiver Station) и контроллеров базовых станций (BSC - Base Station Controller). Зона покрытия сотовой связью условно делится на ячейки (соты). Каждая ячейка покрывается одной BTS, при этом ячейки частично перекрывают друг друга, тем самым сохраняется возможность передачи обслуживания MS при перемещении ее из одной соты в другую без разрыва соединения. Максимальный радиус ячейки составляет 35 км, что обусловлено ограниченной возможностью системы синхронизации к компенсации времени задержки сигнала.
Базовая станция (BTS) обеспечивает прием/передачу сигнала между MS и контроллером базовых станций. BTS является автономной и строится по модульному принципу.
Контроллер базовых станций (BSC) контролирует соединения между BTS и подсистемой коммутации. В его полномочия также входит управление очередностью соединений, скоростью передачи данных и распределение радиоканалов.

Подсистема коммутации

SSS построена из следующих компонентов:

• 
  Центр коммутации (MSC - Mobile Switching Centre).
  

MSC контролирует определенную географическую зону с расположенными на ней BTS и BSC. Осуществляет установку соединения к абоненту и от него внутри сети GSM, обеспечивает интерфейс между GSM и ТфОП, другими сетями радиосвязи, сетями передачи данных. Также выполняет функции маршрутизации вызовов, управление вызовами, эстафетной передачи обслуживания при перемещении MS из одной ячейки в другую. После завершения вызова MSC обрабатывает данные по нему и передает их в центр расчетов для формирования счета за предоставленные услуги, собирает статистические данные. MSC также постоянно следит за положением MS, используя данные из HLR и VLR, что необходимо для быстрого нахождения и установления соединения с MS в случае ее вызова.

• 
  Домашний реестр местоположения (HLR - Home Location Registry).
  

Содержит базу данных абонентов, приписанных к нему. Здесь содержится информация о предоставляемых данному абоненту услугах, информация о состоянии каждого абонента, необходимая в случае его вызова, а также Международный Идентификатор Мобильного Абонента (IMSI - International Mobile Subscriber Identity), который используется для аутентификации абонента (при помощи AUC). Каждый абонент приписан к одному HLR. К данным HLR имеют доступ все MSC и VLR в данной GSM-сети, а в случае межсетевого роуминга - и MSC других сетей.

• 
  Гостевой реестр местоположения (VLR - Visitor Location Registry).
  

VLR обеспечивает мониторинг передвижения MS из одной зоны в другую и содержит базу данных о перемещающихся абонентах, находящихся в данный момент в этой зоне, в том числе абонентах других систем GSM - так называемых роумерах. Данные об абоненте удаляются из VLR в том случае, если абонент переместился в другую зону. Такая схема позволяет сократить количество запросов на HLR данного абонента и, следовательно, время обслуживания вызова.

• 
  Реестр идентификации оборудования (EIR - Equipment Identification Registry).
  

Содержит базу данных, необходимую для установления подлинности MS по IMEI (International Mobile Equipment Identity). Формирует три списка: белый (допущен к использованию), серый (некоторые проблемы с идентификацией MS) и черный (MS, запрещенные к применению).

• 
  Центр аутентификации (AUC - Authentification Centre).
  

Здесь производится аутентификация абонента, а точнее - SIM (Subscriber Identity Module). Доступ к сети разрешается только после прохождения SIM процедуры проверки подлинности, в процессе которой с AUC на MS приходит открытый ключ, после чего на AUC и MS параллельно происходит шифрование уникального для данной SIM ключа аутентификации при помощи уникального же алгоритма. Затем с MS и AUC на MSC возвращаются "подписанные отклики" - SRES (Signed Response), являющиеся результатом данного шифрования. На MSC отклики сравниваются, и в случае их совпадения аутентификация считается успешной.

Подсистема OMC

Соединена с остальными компонентами сети и обеспечивает контроль качества работы и управление всей сетью. Обрабатывает аварийные сигналы, при которых требуется вмешательство персонала. Обеспечивает проверку состояния сети, возможность прохождения вызова. Производит обновление программного обеспечения на всех элементах сети и ряд других функций.


DAMPS — цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 825 до 890 МГц.
Ёмкость сетей сотовой связи, работающих в DAMPS ниже, чем в полностью цифровых системах (GSM, CDMA), но все же значительно выше, чем в аналоговых NMT-450 и AMPS.
Ширина полосы канала - 300 кГц, частотное разделение каналов FDMA как и в AMPS. Используется дополнительно и времeнное разделение каналов TDMA, как в GSM и в CDMA2000 1X EV-DO, всего 3 таймслота (в GSM - 8 таймслотов). Фактически, продолжением развития американского стандарта DAMPS был европейский стандарт GSM.
Возможность автоматического роуминга и SMS. Возможность эксплуатации мобильных аппаратов как в цифровом, так и в аналоговом режимах. Если абонент с телефоном аналоговой сети AMPS попадает в цифровую — DAMPS, для работы ему выделяются аналоговые каналы. Однако в этом случае преимущества цифровой связи, ему недоступны.
Этот стандарт проигрывает GSM в возможности свободно менять устаревшие модели телефонов на новые и переносе старого номера в новый телефон. В GSM это делается сменой SIM-карты, в DAMPS это придётся делать в специальном сервисном центре оператора связи. А ведь обновление моделей в этом секторе с каждым днём ускоряется, как и на компьютерном рынке. Вспомним, что уже выпущен сотовый телефон в виде наручных часов с голосовым набором номера.
CSD (Circuit Switched Data) — технология передачи данных, разработанная для мобильных телефонов стандарта GSM. CSD использует один временной интервал для передачи данных на скорости 9,6 кбит/с в подсистему сети и коммутации (Network and Switching Subsystem NSS), где они могут быть переданы через эквивалент нормальной модемной связи в телефонную сеть.
На момент 2006 года, многие GSM-операторы предоставляют услугу CSD. Поскольку максимальная скорость передачи данных для единичного временного интервала составляет 9,6 кбит/с, многие операторы выделяют два и более временных слота для вызовов CSD.
До появления CSD, передача данных в мобильных телефонах выполнялась за счет использования модема, либо встроенного в телефон, либо присоединенного к нему. Из-за ограничений по качеству аудио сигнала, такие системы имели максимальную скорость передачи данных равную 2,4 кбит/с. С появлением цифровой передачи данных в GSM, CSD предоставил практическим прямой доступ к цифровому сигналу, позволяя достичь более высоких скоростей. В тоже время, использование в GSM сжатия звука, ориентированного на речь, фактически означает, что скорость передачи данных с использованием обычного модема, подсоединенного к телефону, будет даже ниже, чем в традиционных аналоговых системах.
CSD-вызов работает очень похоже на обычный голосовой вызов в GSM сетях. Выделяется единичный временной интервал между телефоном и базовой станцией. Выделенный «подвременной интервал» (16 кбит/с) устанавливается между базовой станцией и транскодером, и, наконец, другой временной слот (64 кбит/с) выделяется для передачи данных между транскодером и центром коммутации: Mobile Switching Centre (MSC).
В MSC возможно преобразование сигнала в аналоговую форму и кодирование его с помощью PCM. Также возможно использование цифрового сигнала по стандарту ISDN и передача его на сервер удаленного доступа
Передача данных в сети GSM была улучшена с момента появления CSD. High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD) — система, основанная на тех же принципах, что и CSD, но разработанная для предоставления более скоростной связи. С другой стороны, General Packet Radio Service (GPRS) предоставляет пакетную передачу данных непосредственно с мобильного телефона. Наконец, Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) и Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) предоставляют улучшенные радио-интерфейсы с более высокими скоростями передачи данных, но по-прежнему совместимые со стандартом GSM.